包括低温压力容器的机动车和用于为机动车低温压力容器加燃料的方法 |
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| 申请号 | CN201580054841.3 | 申请日 | 2015-12-07 | 公开(公告)号 | CN106795997B | 公开(公告)日 | 2019-07-05 |
| 申请人 | 宝马股份公司; | 发明人 | J-M·孔贝格尔; | ||||
| 摘要 | 在此公开的技术涉及一种用于为机动车低温 压 力 容器 加 燃料 的方法和一种具有低温压力容器的机动车。机动车包括：a)低温压力容器(100)，其具有存储 流体 的内部容器(110)、外部容器(120)和 隔热 装置(V)，所述隔热装置至少在部分区域上设置在内部容器(110)和外部容器(120)之间；和b)控制装置(140)，该控制装置(140)构造用于当在隔热装置(V)损坏的情况下超过内部容器(110)中流体的流体 密度 下限值(DUB)时中断为机动车加燃料，其中，流体密度下限值(DUB)小于在为具有完好隔热装置(V)的内部容器(110)加燃料时内部容器(110)中流体的流体密度上限值DOB)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.机动车，包括： |
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| 说明书全文 | 包括低温压力容器的机动车和用于为机动车低温压力容器加燃料的方法 技术领域[0001] 在此公开的技术涉及一种包括低温压力容器的机动车和用于为机动车低温压力容器加燃料的方法。 背景技术[0002] 低温压力容器由现有技术已知。这种压力容器包括内部容器和外部容器，该外部容器在形成超隔离(如真空的)(中间)空间的情况下包围内部容器。低温压力容器例如用于机动车，在这些机动车中，在环境条件下气态的燃料被低温地并且因此在液态或超临界聚集态中基本上以明显高于环境条件的密度地储存。这种燃料、如氢或压缩天然气例如在约30K至360K的温度下储存于低温压力容器中。压力容器因此需要极好的隔热，以便尽可能防止不希望的热渗透到被低温储存的介质中。因此设有高效隔离套(如真空套)。例如EP 1546601 B1公开了这种压力容器。此外，DE 102012218989 A1和DE 112010004462 T2是现有技术。 [0003] 当压力容器的隔热不令人满意或者隔热装置损坏时，储存的燃料缓慢加热。在此，压力容器内的压力同时慢慢上升。当超过极限压力时，则燃料必须通过适合的安全装置逸出，以避免低温压力容器破裂。为此，例如使用所谓的放气管理系统或者说蒸发管理系统(下面称为 BMS)。这种系统允许燃料逸出，排出的燃料例如在催化器中转化。此外，可附加地使用机械安全阀(SVT)或减压阀和破裂片，它们可在BMS下游释放燃料。 [0004] 当压力容器尽管隔热装置有缺陷但仍被以未损坏的压力容器的最大存储密度加燃料时，上述安全装置逐渐激活。如果排出的燃料不能通过BMS转化，则燃料未经使用地被排放到环境中。于是会产生爆炸性的或至少可燃的混合物。因此，应避免使用隔热装置有缺陷的车辆并且应立即更换压力容器。发明内容 [0005] 在此公开的技术的任务在于，改善低温压力容器或提供一种替代方案。所述任务通过如下的机动车来解决，该机动车包括：低温压力容器，该低温压力容器具有存储流体的内部容器、外部容器和隔热装置，所述隔热装置至少在部分区域上设置在内部容器和外部容器之间；控制装置，该控制装置构造用于当在隔热装置损坏的情况下超过内部容器中流体的流体密度下限值时中断为机动车加燃料，其中，流体密度下限值小于在为具有完好隔热装置的内部容器加燃料时内部容器中流体的流体密度上限值。 [0006] 所述任务还通过如下的用于为机动车的低温压力容器加燃料的方法来解决，该方法包括下述步骤：确定隔热装置的损坏，该隔热装置至少在部分区域上设置在低温压力容器的内部容器和外部容器之间；并且当在隔热装置损坏的情况下超过内部容器中流体的流体密度下限值时中断为机动车加燃料，其中，流体密度下限值小于在为具有完好隔热装置的内部容器加燃料时内部容器中流体的流体密度上限值。 [0007] 在此公开的技术涉及一种机动车。该机动车包括一个或多个低温压力容器。低温压力容器例如是开头所描述的低温压力容器。这种压力容器尤其是适于在超临界范围中、即优选在约30K至约360K的设计或运行温度窗中、特别优选在约40K至约330K的温度窗中存储燃料、优选为氢。优选地，低温压力容器同时在约5巴至约1000巴的压力范围内、优选在约5巴至约700巴的压力范围内、并且特别优选在约20巴至约350巴的压力范围内存储燃料。低温压力容器尤其是适于在这样的温度下存储燃料，该温度显著低于机动车的运行温度(是指车辆运行应当所在的车辆环境温度范围)、例如低于机动车运行温度至少50开尔文、优选至少100开尔文或至少150开尔文(通常约为-40℃至约+85℃)。 [0008] 低温压力容器还包括存储流体的内部容器以及包围内部容器的外部容器。内部容器尽可能隔热地保持在外部容器中。隔热装置V至少在部分区域上设置在内部容器和外部容器之间。术语“隔热”在此除了包括理想或完美隔离外也包括仍有少量热交换发生的热隔离。热交换可以是任意形式，如热传导、热辐射、热对流等。隔热装置V例如可构造为真空空间V。 [0009] 此外，可在压力容器上设置至少一个用于监控隔热装置V的传感器。所述至少一个传感器可以是压力传感器，其监控真空空间V中的压力。传感器也可以是温度传感器，其监控内部容器的、隔热装置V 的或外部容器的温度并且可结合其它参数、如内部容器中的流体密度和/或内部容器压力来推断隔热装置V。但也可设置其它适合的监控传感器或者说监控装置。 [0010] 机动车还包括一个或多个控制装置。至少一个控制装置构造用于当在隔热装置V损坏的情况下超过内部容器中流体的流体密度下限值 DUB时中断为机动车加燃料。 [0011] 内部容器中的流体密度D是内部容器中的流体质量除以内部容器体积的商。内部容器中流体的流体密度下限值DUB是在为具有损坏的隔热装置的压力容器加燃料时应加以考虑的极限值。流体密度下限值 DUB表示内部容器基于损坏的隔热装置而允许最大(并且尤其是低温) 加燃料至什么流体密度。 [0012] 可这样选择流体密度下限值DUB，使得在加燃料后即使当车辆和/ 或压力箱在温度窗上边缘的温度下(例如在环境温度下)运行(或在停车状态中)时在内部容器中也不会基于流体热膨胀产生高于最大运行压力的容器内部压力。 [0013] 在一种有利方案中，流体密度下限值DUB随着隔热装置V的损坏而改变。当例如存在隔热装置V的较小损坏时，控制装置在相比于隔热装置V存在较大损坏的情况较高的流体密度下限值DUB时中断为机动车加燃料。 [0014] 流体密度下限值DUB小于流体密度上限值DOB。流体密度上限值 DOB是在为具有完好隔热装置V的内部容器低温加燃料时内部容器中流体的极限值。流体密度上限值DOB例如可以是这样的流体密度，其出现如下情况，即，以处于温度窗下部范围中的或低于其(例如约30K 至约50K)的流体温度为内部压力容器低温加燃料直至在内部压力容器中产生内部压力容器的最大运行压力。 [0015] 完好的隔热装置V具有用于正常运行的原始或者说功能正常的隔热效果。在此，这样设计完好的隔热装置V，使得逐渐渗透到内部容器中的热量可使内部容器中的温度和内部压力缓慢上升。由于缓慢上升，BMS具有足够的时间来转化燃料。由于BMS可完全转化燃料，因此机械安全阀(SVT)及破裂片在正常运行中不向环境中排放燃料。通过BMS转化的氢量在此相对少。容器中的内部压力也不提高超过内部容器的最大运行压力。由此，这样设计BMS，使得其可在正常运行中始终能够转化足够的燃料，以避免由于热渗透产生的压力升高而超过最大运行压力。为此，BMS设有一定的安全余量。换言之，BMS 可转化比实际在具有完好隔热装置V的正常运行中可能出现的燃料更多的燃料。由此也可补偿少量退化。 [0016] 然而，有故障或损坏的隔热装置V无法提供其功能正常的隔热，该隔热对于低温压力容器在燃料不通过安全阀排出的情况下在设计温度窗中并且在设计压力范围中的正常运行是必要的。损坏的隔热装置 V的隔热以这样的程度受损或以这样的程度退化，使得BMS不能再在正常运行中充分转化燃料。为了避免通过热渗透产生超过最大运行压力的压力升高，必须通过安全阀排出燃料。 [0017] 例如当退化的隔热特性小于完好隔热装置隔热特性的约50％、优选小于约75％并且特别优选小于90％时，存在损坏的隔热装置V。 [0018] 至少一个控制装置可与所述至少一个传感器连接。此外，至少一个控制装置可构造用于由所述至少一个传感器或监控装置的信号确定隔热装置V的状态。术语“控制装置”在此包括用于控制和/或调节在此公开的组件的装置，本文仅简化地使用术语“控制装置”。 [0019] 机动车可包括加燃料阀，该加燃料阀构造用于例如当超过内部容器中流体的流体密度下限值DUB时中断向内部容器中的流体输入。替代或附加地，机动车可包括通信接口，其适于向加燃料装置传送加燃料中断信号和/或加燃料限制信号。例如机动车可直接和/或间距测量内部容器中的流体密度。流体密度可在内部容器体积不变的情况下通过内部容器中压力/温度组合测量来确定。当确定超过内部容器中流体的流体密度下限值DUB时，控制装置可触发加燃料阀的动作，从而阀关闭并且中断或者说限制向内部容器中的流体输入。替代或附加地，控制装置可向加燃料装置发送中断信号，加燃料装置随后本身关闭阀。 [0020] 在此公开的技术还包括一种用于为机动车低温压力容器加燃料的方法。该方法包括下述步骤： [0021] －确定隔热装置V的损坏，该隔热装置至少在部分区域上设置在低温压力容器的内部容器和外部容器之间；并且 [0022] －当在隔热装置V损坏的情况下超过内部容器中流体的流体密度下限值DUB时中断为机动车加燃料，其中，流体密度下限值DUB小于在为具有完好隔热装置V的内部容器加燃料时内部容器中流体的流体密度上限值DOB。 [0023] 该方法的特征还在于，这样选择流体密度下限值DUB，使得内部容器可在不隔热状态中存储被低温填充到容器中的流体并且最大允许的内部容器压力Pmax不被超过。换言之，这样选择流体密度下限值 DUB，使得内部容器可在整个温度窗上存储低温填充的流体量并且最大允许的内部容器压力Pmax不被超过。附图说明 [0024] 现在借助图1和2详细说明在此公开的技术。附图如下： [0025] 图1为低温压力容器100的原理结构；和 [0026] 图2示出在不同内部容器压力下内部容器110中的流体密度D与温度的关系。 具体实施方式[0027] 图1所示低温压力容器100在其两个端部上安装于车辆车身50 上。外部容器120相对于环境限定低温压力容器100。低温压力容器可能的附加组件(如热交换器)在该简化视图中略去。内部容器110 与外部容器120间隔开地设置在外部容器120中。这里所示的内部容器110包括其两个端部上的突起。在内部容器110和外部容器120之间设有在很大程度上抽真空或者说超隔离的空间V。内部容器110在其突起上通过悬挂装置与外部容器120连接。在内部容器110的一个端部上供应管路300与内部容器110连接。通过供应管路300为内部容器110加燃料。传感器130可测量真空空间V的压力和/或温度。 [0028] 在供应管路300的另一端部上设有接口150。该接口或者说注入管接头150构造用于与加燃料装置的对应接口200耦合。 [0029] 此外，在此在接口150中设有通信接口160，该通信接口可与接口200中的相应通信接口210连接。通过所述通信接口160/210可向加燃料装置200传送加燃料中断信号和/或加燃料限制信号。除了该方案外，也可想到基于无线电的通信(接口)(如WiFi、WLAN、NFC 等)，其并非必须安装在接口200中。 [0030] 加燃料阀180在此构造用于中断流体流、在此为氢流。加燃料阀 180可设置在供应管路300的任何位置上。 [0031] 控制装置140构造用于控制低温压力容器的加燃料和运行。 [0032] 图2示出在不同内部容器压力下内部容器110中的流体密度D与温度的关系。当为具有完好隔热装置V的低温压力容器100低温加燃料时，氢被填充到内部容器110中直至流体密度上限值DOB。例如设计用于约250至约350巴最大容器内部压力(也称为最大允许内部容器压力Pmax或设计压力)的内部容器110可在约40K温度TKB下被低温加燃料至约80克/升的流体密度上限值DOB(图2中的点P'KB)。当具有完好隔热装置V的内部容器110中的流体被加热时，相对少量的氢可通过BMS转化。BMS设计用于这种氢量。因此，氢通过BMS 转化且不产生危险的混合物。 [0033] 如果所述低温压力容器100现在具有损坏的隔热装置V，则压力容器100必须相对快速地减少氢量，以使内部容器110不因膨胀的氢气而毁坏。因此，在图2中必须从P'KB起始终排出如此多的氢气，使得内部容器110在任何温度T上都不具有高于约250至350巴设计压力的压力。压力容器100的内部容器110在加热状态中、例如在环境温度下可在内部容器110中存储约21克/升的密度(在图2中对于具有约350巴设计压力的油箱为点PUV)。因此，应排出的氢量为约60 克/升与容器内部体积的乘积。该氢量有可能无法在相对短的时间内通过BMS转化，从而氢必须通过安全阀或破裂片直接排放到环境中。因此，有可能在机动车周围环境中产生具有潜在危险的混合物。 [0034] 如果现在确定隔热装置V损坏，则应避免加燃料至流体密度上限值DOB。但没有必要完全放弃加燃料。相反，可这样为内部容器110 低温加燃料，使得在低温注入的流体的加热状态中也不产生临界的内部容器压力。为此，在低温加燃料温度下将流体密度D限制为内部容器110中流体的流体密度下限值DUB，这样选择该流体密度下限值 DUB，使得内部容器110可在不隔热状态中存储流体并且最大允许的内部容器压力Pmax不被超过。对于具有约350巴最大允许内部容器压力 Pmax的内部容器110而言，在氢作为燃料时产生约21克/升的流体密度下限值DUB(图2中的点PKB)。如果允许为加热使用而加燃料，则车辆的续驶里程虽然减小但仍可继续安全地使用，且在此氢并未被无效率地消耗掉。当使用纤维增强的内部容器时、例如在内部容器周围具有编织和/或缠绕的纤维层，则续驶里程可达200km以上。因此，尽管具有损坏的隔热装置，仍可行驶较远的距离。驾驶员还可以自己将车辆送到服务商处并且不会滞留在半路上。 |
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